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蒸汽流量计轴尖耐磨性的改进

时间:2018/03/14来源:未知

摘要:文中分析了蒸汽流量计轴尖磨损的原因,提出了轴尖材质应具备高精度、高硬度、高耐磨性和冲击韧性以及耐腐蚀和无磁性等特点。还先容了轴尖磨损问题解决的途径。 

一、前言:
     我厂生产的蒸汽流量计具有安装方便,直接读数的优点,并可安装二次仪表进行远传,投产数年来,深受各用户的欢迎,累计销售数万台。但在长期使用中也出现了一些问题,85年以前反映***强烈的就是该表转子轴尖易磨损,占质量信息反馈数的40%以上,对此我厂进行了专题攻关和改进,并于85年下半年起正式改图应用。通过大量信息反馈证明,改进后的轴尖效果良好。
二、原设计转子轴组件轴尖:
     磨损的原因我厂蒸汽流量计设计转子轴组件轴尖与齿轮是一体,采用4Cr13材料,轴颈与轴尖淬火HRC52,轴尖与玛瑙轴承组成摩擦副。、该蒸汽流量计是我厂多年生产的产品,经实践研究,并总结出造成该产品轴尖早期磨损的几个方面: 
  1.在轴尖与轴承组成的摩擦副中,轴尖材料达到的硬度较低(轴尖:HRCSZ,轴承:HV650~850kg/mm2),而且轴颈与轴尖在淬火后磨削过程中,当进刀量大或冷却液不足时,也可能造成退火,使轴尖硬度进一步降低。
  2.转子轴组件重量较大。LFX-100型流量计的转子轴总重量为zs克。下原设计轴尖处又没有圆弧要求,所以轴朱处承受载荷很高。  
  3.转子轴经常以每分钟数百转的速度运转,当轴尖与轴承长时间接触时,此处产生局部高温,使轴尖磨损加快,而磨损产生的微粒又不能及时除去,因此产生粘着磨损。磨粒磨损和疲劳磨损等,同时当转子轴在运转启动及被测蒸汽流量波动时,其轴尖处往往受到冲击及振动,使其轴尖部位发生塑性变形。
   以上对转子轴工作情况的具体分析,要求轴尖材质必须具备以下特点:(1)高强度、高硬度;(2)高弹性极限和屈服极高价限,(3)耐磨性;格低廉,具有一定的冲击韧性,(5)耐腐蚀和无磁性,原料来源丰富。
三、轴尖磨损问题解决途径:
   1.减轻转子轴组件重量    根据固体摩擦二项式定律,摩擦力与实际接触面积和法向载荷有关,即        F=aA+日W    a一由表面物理性质所决定的系数,表示分子作用强弱,    日一由表面机械性质决定的系数;    A一实际接触面积,    W一法向载荷,    F一摩擦力。    由于轴尖与轴承接触面积很小,其分子作用可以忽略,因此法向载荷(即转子轴组件重量)是很关键的问题。如能减轻轴的重量,既降低了轴尖处的摩擦力,又能减小其弹性变形和塑性变形。由于结构所限制,减重的余地很小。
   2.采用表面处理工艺,改变表面特性,提高材料的耐磨性    采用化学气相沉积耐磨涂层和激光表面热处理都可降低滑动摩擦系数,提高承载能力和耐磨性,但这两种方法得到的涂层较薄,而且设备昂贵,加工成本较高。
   3.合理选择摩擦副材料、‘轴尖形状及羊面粗糙度,这是一个可行途径。
    一般情况下,金属材料硬度越高,其耐磨性越好,如仍用原设计中采用的4Cr13材料,经淬火进一步提高硬度是不可能的,因为用很硬的材料去加工整个零件很困难(因为有模数为0.5的轴齿轮与轴尖连在一起)。在此情况下,考虑采取仪表工业常用的工艺方法—银轴尖。
图1原设计转子轴组件
图1原设计转子轴组件
    四、选择轴尖材料的两种方案:
   1.采用成形Co40轴尖:此轴尖无磁性、耐磨性好、硬度高。HV>750kg/mm2,但轴尖***大直径币lm讯,采用这种轴尖可以不改变原设计齿轮轴材质及热处理工艺,将轴加工完毕直接银在齿轮轴轴端。这样做工艺难度大,而且经试运转发现轴尖磨损仍较严重。
   2.用硬质合金材料做轴尖,硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性等都很高,化学稳定性好,;而Y8硬质合金还有较高的冲击韧性,适合流量计的使用条件,同时这种工艺也适合我厂技术条件。材料价格也攀低,且易于购买。
    另外,根据轴尖与轴承的硬度不能相差悬殊的原则,把轴承材料也由玛瑙换为(红色)刚玉。    对于轴尖形状的选择,从摩擦角度来看,在载荷一定的情况下,~圆弧半径越小,所产生的摩擦力矩越小,产生的摩擦力也越小。但是在载荷较大的情况下乡圆弧半径越小,轴尖与轴承接触处的接触应力越大,磨损越严重。从这个矛盾因素中找出一个***佳值是大家要解决的问题之一,经多次对比试验’(具体数据从略),大家选定轴尖圆弧半径r取0.4-r0.6mm较好。    轴尖圆弧表面粗糙度对零件磨损也是一个重要因素。加工表面越光猾,实际接触面积愈大,各点接触压力愈小,其磨损也愈小,根据需要与经济性,大家选用轴尖表面粗糙度为Ra = 0. 2rr,实践证明可行。在轴座结构上,采用了日本同类产品结构。在轴座上增加了一个横孔,’齿轮轴材料改为1Cr18Ni9Ti,、去掉了轴颈淬火工序(见图2)。    实际效果:    大家从6月开始着手解决轴尖磨损问题,先后乡过几次样机运转试验。于9月正式用于产品并投入市场。下从产品质量信息反馈情况来看,、轴尖磨损问题已完全解决(见表1),
图2改进后轴座与齿轮轴组件

图2改进后轴座与齿轮轴组件
表1改进前、后转子轴尖部位磨损情况对照

表1改进前、后转子轴尖部位磨损情况对照
    按两年情况计算,获得一定的经济效益,节约43500余元,此问题的解卑延长了仪表的使用寿命,提高了我厂仪表产品的信誉。同时带来了广泛的社会经济效益,此项改进对同行业兄弟厂也能有所借鉴。

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